7.1 描述電路的基本概念 部分電路

1、第七章　恒定電流,第一節(jié)　描述電路的基本概念　部分電路,,,,,一、電流,1.成因,電荷的　　　    形成電流。,2.定義,通過導體某橫截面的　　    跟通過這些電荷量所用　    的比值。定義式:　　    。,答案：1.定向移動,2.電荷量　時間  

2、  I=,對于導體有I=　　    ,其中n為單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù),S為導體的橫截面積,q為自由電荷的電荷量,v為自由電荷的定向移動速率,金屬中約10-5 m/s,遠小于電子熱運動的平均速率105 m/s,而電場的傳播速率為3×108 m/s。,4.電流的方向,規(guī)定　　    定向移動的方向為電流的方向。在外電路,從電

3、源正極(高電勢點)流向電源負極(低電勢點);在內(nèi)電路,從電源負極(低電勢點)流向電源正極(高電勢點)。雖然電流既有大小又有方向,但電流是　    量。,3.微觀表達式,答案：3.nqSv 4.正電荷　標,5.恒定電流,大小和方向都不變的電流叫恒定電流。,二、電阻定律,1.內(nèi)容,導體的電阻R跟它的長度l成正比,跟它的橫截面積S成反比。,2.表達式,R=　　  

4、  。,答案：ρ,3.電阻率,(1)物理意義,ρ是反映材料導電性能的物理量,叫材料的電阻率。在數(shù)值上等于用,這種材料制成的單位長度、單位橫截面積的導線的電阻值。單位是Ω·m。,(2)各種材料的電阻率,純金屬的電阻率一般較小,合金的電阻率一般較大,有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響。材料的電阻率與溫度關(guān)系為:,(2)半導體的電阻率隨溫度的升高而減小;,(3)有些物質(zhì)當溫度接近0 K時,電阻率突然減小到

5、零——這種現(xiàn)象叫超導現(xiàn)象,能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的物體叫超導體。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變,(1)金屬的電阻率隨溫度的升高而增大;,為超導狀態(tài)的溫度叫超導材料的轉(zhuǎn)變溫度。,三、歐姆定律,1.內(nèi)容,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。,2.公式,。,3.適用范圍,適用于金屬導電和電解液導電,對于氣體導電不適用。,答案：2.I=,4.伏安特性曲線,通過導體中的電流I跟加在其兩端的電壓U的關(guān)系圖,,如圖所示。,四、電功和電功率,1.電

6、功,電功是電流所做的功,實質(zhì)是電場力做的功,因此W=　    =　　    ,這,是計算電功普遍適用的公式。,(1)對純電阻用電器:電功W=　    =　　    =　　    =?t。,(2)對非純電阻用電器:電功只能是W=IUt。,答案

7、：qU    IUt  （1）  qU    IUt    I2Rt,2.電功率,單位時間內(nèi)電流做的功叫電功率。P=?=　    ,這是計算電功率普遍適用的公式。,對純電阻用電器:電功率P=IU=I2R=,對非純電阻用電器:電功率只能是P

8、=　    。,答案：IU    IU,五、電熱和焦耳定律,電流通過電阻時產(chǎn)生的熱量叫電熱,Q=　　    ,這是計算電熱普遍適用的公式。,對純電阻用電器:電熱Q=IUt=I2Rt=?t,對非純電阻用電器:電熱只能是Q=　　    。,答案：I2Rt  &#

9、160; I2Rt,1.串聯(lián)電路的特點(如圖所示),電流:I=I1=I2=I3=…=In,電壓:U=U1+U2+U3+…+Un,電阻:R=R1+R2+R3+…+Rn,電壓分配:U1∶U2∶…∶Un=R1∶R2∶…∶Rn,功率分配?=?=…=?=I2。,六、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路,2.并聯(lián)電路的特點(如圖所示),電流:I=I1+I2+I3+…+In,電壓:U=U1=U2=U3=…=Un,電阻:?=?+?+…+,電流分配:I1∶I2∶

10、…∶In=?∶?∶…∶,功率分配:P1∶P2∶…∶Pn=?∶?∶…∶?。,,,一、對電流的理解,【自主探究1】 關(guān)于電流,下列說法中正確的是(　    )。,A.導線內(nèi)自由電子定向移動速率等于電流的傳導速率,B.電子運動的速率越大,電流越大,C.電流是一個矢量,其方向就是正電荷定向移動的方向,D.在國際單位制中,電流是一個基本物理量,其單位A是基本單位,答案：   D

11、,解析:電流的傳導速率即為導線中電場的傳播速率,它遠大于導線內(nèi)自由電子定向移動的速率,選項A錯誤;金屬導體中電流I=neSv,即電流大小與導體中單位體積內(nèi)自由電子個數(shù)n、導體的橫截面積和電子運動速率有關(guān),并非完全由電子運動速率決定,選項B錯誤;電流是標量,其國際單位是A,并且A是基本單位,選項C錯誤,D正確。,歸納要點1.電流既有大小又有方向,但電流是標量。,2.I=nqSv中,v為自由電荷定向移動速率,電流的傳導速率即為導線中電場的

12、傳播速率,它遠大于v。,3.公式I=?,I=nqSv,I=?的比較,二、對電阻、電阻率的理解,【自主探究2】 導體的電阻是導體本身的一種性質(zhì),對于同種材料的導體,下列表述正確的是(　    )。,A.橫截面積一定,電阻與導體的長度成正比,B.長度一定,電阻與導體的橫截面積成正比,C.電壓一定,電阻與通過導體的電流成正比,D.電流一定,電阻與導體兩端的電壓成反比,答案：  &#

13、160;A    解析:由R=ρ?可得,選項A正確,B錯誤;導體的電阻是導體本身的一種性質(zhì),選項C、D錯誤。,【自主探究3】 下列關(guān)于電阻率的敘述,錯誤的是(　    )。,A.當溫度極低時,超導材料的電阻率會突然減小到零,B.常用的導線是用電阻率較小的鋁、銅材料做成的,C.材料的電阻率取決于導體的電阻、橫截面積和長度,D.材料的電阻率一般都隨溫度變化而變

14、化,答案：    C,導體的電阻大,導體材料的導電性能不一定差;導體材料的電阻率小,導體的電阻不一定小,即電阻率小的導體對電流的阻礙作用不一定小。,導體的電阻、電阻率均與溫度有關(guān)。,歸納要點：1.電阻是反映導體對電流阻礙作用大小的物理量,電阻大的導體對電流的阻礙作用大。電阻率是反映制作導體的材料導電性能好壞的物理量,電阻率小的材料導電性能好。,2.電阻的決定式和定義式的不同點與相同點,三、歐姆

15、定律的理解及應用,【自主探究4】 對于歐姆定律,下列理解正確的是(　    )。,A.從I=U/R中可知,導體中的電流跟加在它兩端的電壓成正比,跟它的電阻成反比,B.從R=U/I中可知,導體的電阻跟導體兩端的電壓成正比,跟導體中的電流成反比,C.從U=IR中可知,導體兩端的電壓隨電阻的增大而增大,D.從R=?中可知,導體兩端的電壓為零時,導體的電阻也為零,答案：  

16、0; A,歸納要點1.歐姆定律的適用范圍,適用于金屬、電解液等純電阻,對于氣體導電和含有電動機、電風扇等非純電阻電路則不適用。,2.注意歐姆定律的“二同”,(1)同體性:指I、U、R三個物理量必須對應同一段電路或同一段導體。,(2)同時性:指U和I必須是導體上同一時刻的電壓和電流。,四、對伏安特性曲線的理解,【自主探究5】 給小燈泡通電后,其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示,P為圖線上一點,PN為圖線的切線,PQ為U軸

17、的垂線,PM為I軸的垂線。則下列說法不正確的是(　    )。,A.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大,B.對應P點,小燈泡的電阻為R=,C.對應P點,小燈泡的電阻為R=,D.對應P點,小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積,答案：   C    解析:OP直線的斜率可以反映小燈泡電阻的倒數(shù),所加的電壓越大,斜率越小,小

18、燈泡的電阻越大,選項A正確;對應P點,小燈泡的電阻為R=?,選項B正確,C錯誤;對應P點,小燈泡的功率為P=U1I2,從圖象可以看出P點小燈泡的功率等于圖中矩形PQOM所圍的面積,選項D正確。,歸納要點1.圖線的區(qū)別,(1)圖甲中圖線a、b表示線性元件。圖乙中圖線c、d表示非線性元件。,(2)在伏安特性曲線中,線性元件圖線的斜率表示電阻的倒數(shù),斜率越大,電阻越小,故Ra<Rb(如圖甲所示)。,(3)圖線c的斜率增大,電阻減小,圖

19、線d的斜率減小,電阻增大(如圖乙所示)。,(注意:曲線上某點切線的斜率不是電阻的倒數(shù)),2.圖線的意義,(1)由于導體的導電性能不同,所以不同的導體有不同的伏安特性曲線。,(2)伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值,對應這一狀態(tài)下的電阻。,易錯辨析,請你判斷下列表述的正確與否,對不正確的,請予以更正。,1.電流的定義式為I=?,微觀表達式I=nqSv(n為導體單位體積的自由電荷數(shù),S為導體的橫截面積,v為自由電荷定向移動

20、的速率)。,2.對于電阻的定義式R=?,不能理解為電阻與加在導體兩端的電壓成正比,與通過導體的電流成反比,對于確定的導體,電阻是一定的,并不隨電壓或電流的改變而改變。,3.對于伏安特性曲線要區(qū)分是I?U圖線還是U?I圖線。對線性元件,R=?=?;對非線性元件,R=?≠?,把切線斜率?作為元件該狀態(tài)下的電阻是錯誤的。,4.無論是串聯(lián)還是并聯(lián)電路,只要其中一個電阻變大,總電阻都變大,反之都變小。,5.對于非純電阻電路,U>I

21、R,歐姆定律不再成立,P=UI為電功率,P=I2R,為熱功率。,答案:1.正確。,2.正確。,3.正確。,4.正確。,5.正確。,◎提升應用技巧的突破口◎,,命題研究一、電流定義的理解與應用,【例1】如圖所示是靜電除塵器示意圖,A接高壓電源的正極,B接高壓電源的負極,A、B之間有很強的電場,空氣被電離為電子和正離子,電子奔向正極A的過程中,遇到煙氣的煤粉,使煤粉帶負電,吸附到正極A上,排出的煙就成為清潔的了。已知每千克煤粉會吸附n

22、 moL電子,每晝夜能除m kg煤粉,計算高壓電源的電流強度I。(電子電荷量設(shè)為e,阿伏加德羅常數(shù)為NA,一晝夜時間為t),規(guī)律總結(jié)由電流的定義式I=?求解,要特別注意q的含義。,解析:由于電離出的氣體中的電子和正離子同時導電,則流過電源的電荷量q跟煤粉吸附的電荷量q'的關(guān)系是:,q'=,而q'=mnNAe,所以I=?=?=?。,答案:,拓展鏈接1有一橫截面積為S的銅導線,流經(jīng)其中的電流為I,設(shè)每單位體積的

23、導線中有n個自由電子,電子的電荷量為q。此時電子的定向移動速度為v,在Δt時間內(nèi),通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為(　    )。,A.nvS　　　　　　　    B.nvΔt,C.?　　 D.,答案：    C    解析:根

24、據(jù)電流的定義式可知,在Δt內(nèi)通過導線橫截面的電荷量Q=IΔt,所以在這段時間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為N=?=?,所以C項正確,D項錯。,由于自由電子定向移動的速率是v,因此在時間Δt內(nèi),位于以橫截面S、長l=vΔt的這段導線內(nèi)的自由電子都能通過橫截面(如圖所示)。這段導線的體積V=Sl=SvΔt,所以Δt內(nèi)通過橫截面S的自由電子數(shù)為N=nV=nSvΔt。選項A、B均錯。,命題研究二、伏安特性曲線的理解和應用,【例2】如圖所示為一個

25、電燈兩端的電壓與通過它的電流的變化關(guān)系曲線。由圖可知,兩者不成線性關(guān)系,這是由于焦耳熱使燈絲的溫度發(fā)生了變化的緣故。參考這條曲線回答問題(不計電流表和電源的內(nèi)阻)。若把三個這樣的電燈串聯(lián)后,接到電動勢為12 V的電源上,求流過燈泡的電流和每個燈泡的電阻。,思路點撥:從I-U特性曲線中能獲得什么信息?串聯(lián)電路的特點是什么?,答案:0.4 A    10 Ω,解析:三個燈串聯(lián)時,每個燈上的電壓

26、為4 V。由圖象知,,當燈泡兩端的電壓為4 V時,通過燈泡的電流為0.4 A。,燈泡的電阻為R=?=? Ω=10 Ω。,(2)對于非線性元件的伏安特性曲線是曲線(也可能是直線,但不過原點),元件在不同狀態(tài)時的電阻不相同,要搞清圖線斜率的物理意義;解題時要善于找出伏安特性曲線下的電壓和電流的關(guān)系,結(jié)合電路特點解題。,規(guī)律總結(jié)：解決這類問題的基本思路:,(1)首先分清是I?U圖線還是U?I圖線;,拓展鏈接2兩個額定電壓為220 V的白熾燈L

27、1和L2的U?I特性曲線如圖所示。L2額定功率約為　　     W?，F(xiàn)將L1和L2串聯(lián)后接在220 V的電源上,電源內(nèi)阻忽略不計。此時L2的實際功率約為　　　     W。,答案:99 W　17.5 W,解析:由圖象可知,U=220 V時,I2=0.45 A,故L2額定功率P=UI2=99 W;根據(jù)串聯(lián)電路的特點知L1和L2串聯(lián)后電流相等,同時兩者電壓之和

28、為220 V,由圖象可知,符合上述條件的電流故為I=0.25 A,此時L2對應的電壓為U2=70 V,L2的實際功率為P2=U2I=17.5 W。,命題研究三、電路中的能量轉(zhuǎn)換,【例3】有一個小型直流電動機,把它接入電壓為U1=0.2 V的電路中時,電機不轉(zhuǎn),測得流過電動機的電流是I1=0.4 A;若把電動機接入U2=2.0 V的電路中,電動機正常工作,工作電流是I2=1.0 A。則電動機正常工作時的輸出功率是多大?如果在電動

29、機正常工作時,轉(zhuǎn)子突然被卡住時此時電動機的發(fā)熱功率是多大?,思路點撥:電動機正常工作時是非純電阻電路,轉(zhuǎn)子突然被卡住時可認為是純電阻電路。,解析:轉(zhuǎn)子被卡住時,電動機的電阻為r=?=0.5 Ω,正常工作時的輸出功率為P=U2I2-?r=1.5 W,突然被卡住時,電動機的發(fā)熱功率為P'=?=8 W。,規(guī)律總結(jié)(1)首先判斷題目中涉及電路是非純電阻電路還是純電阻 電路。,(2)處理這類問題時,要善于從能的轉(zhuǎn)化和守恒定

30、律尋找突破口,利用“電功=電熱十其他能量”關(guān)系求解。,答案:1.5 W    8 W,【例4】如圖所示的電路中,R1=3 Ω,R2=9 Ω,R3=6 Ω,電路兩端電壓U=24 V。當開關(guān)S1、S2均斷開和均閉合時,燈泡L都正常發(fā)光。求燈泡正常發(fā)光時的電阻R和電壓U。,命題研究四、電路的分析與計算,解析:開關(guān)S1、S2均斷開時,電阻R1、R2、燈泡L串聯(lián),其等效電路如圖,甲所示,由歐姆定律可得

31、,流過燈泡的電流I1=,S1、S2均閉合時,其等效電路如圖乙所示,燈泡與電阻,R1的并聯(lián)電阻為R'=,根據(jù)串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系可得,燈泡兩端電壓為UL=?U,所以流過燈泡的電流I2=?=?U,兩種情況下,燈泡都正常發(fā)光,則I1=I2,由以上各式并代入數(shù)據(jù)解得R=3 Ω,正常發(fā)光時,燈泡兩端電壓為,UL=I1R=?U=4.8 V。,答案:3 Ω　4.8 V,規(guī)律總結(jié)(1)首先必須分清用電器的連接方式是并聯(lián)還是串聯(lián),分清電壓表測量

32、哪部分電壓,電流表測量哪部分電流,畫出等效電路圖。,(2)要善于應用串并聯(lián)電路特點及歐姆定律等定量進行電路計算。,拓展鏈接3如圖所示電路中E為電源,其電動勢E=9.0 V,內(nèi)阻可忽略不計;AB為滑動變阻器,其電阻R=30 Ω;L為一小燈泡,其額定電壓U=6.0 V,額定功率P=1.8 W;S為開關(guān)。開始時滑動變阻器的觸頭位于B端,現(xiàn)在接通開關(guān)S,然后將觸頭緩慢地向A端滑動,當?shù)竭_某一位置C處時,小燈泡剛好正常發(fā)光。則CB之間的電阻應為(

33、　    )。,A.10 Ω　　　　　    B.20 Ω,C.15 Ω　　 D.5 Ω,答案：    B    解析:因燈泡剛好正常發(fā)光,電路中的電流為I=?=0.3 A,總電阻為R'=?=30 Ω,燈泡的電阻為RL=?=20 Ω,A